Организация прерываний в ЭВМ. Во время выполнения текущей программы, внутри ЭВМ и в связанной с ней внеш­ней среде

Во время выполнения текущей программы, внутри ЭВМ и в связанной с ней внеш­ней среде (например, в технологическом процессе, управляемом ЭВМ) могут возникать события, требующие немедленной реакции на них со стороны ЭВМ.

Реакция состоит в том, что ЭВМ прерывает обработку текущей программы и пере­ходит к выполнению некоторой подпрограмме, специально предназначенной для данного события. По завершении указанной подпрограммы ЭВМ возвращается к выполнению прерванной программы.

Рассматриваемый процесс, называемый прерыванием программ, поясняется на рис.2.14. Принципиально важным является то, что моменты возникновения событий, тре­бующих прерывания программ, заранее неизвестны и поэтому не могут быть учтены при программировании.

Прерывающие программы

Рис. 2.14. Прерывание программы

Каждое событие, требующее прерывания, сопровождается сигналом, называемым запросами прерывания.

Возможность прерывания программ — важное архитектурное свойство ЭВМ, позво­ляющее эффективно использовать производительность процессора при наличии несколь­ких протекающих параллельно во времени процессов, требующих в произвольные момен­ты времени управления и обслуживания со стороны процессора. В первую очередь это от­носится к организации параллельной во времени работы процессора и периферийных уст­ройств машины, а также к использованию ЭВМ для управления в реальном времени тех­нологическими процессами.

Основными функциями системы прерывания являются:

• запоминание состояния прерываемой программы и осуществление перехода к прерывающей программе

• восстановление состояния прерванной программы и возврат к ней.

При наличии нескольких источников запросов прерывания должен быть установлен определенный порядок (дисциплина) в обслуживании поступающих запросов. Другими словами, между запросами должны быть установлены приоритетные соотношения, оп­ределяющие, какой из нескольких поступивших запросов подлежит обработке в первую очередь, и устанавливающие, имеет право или не имеет данный запрос прерывать ту или иную программу. Приоритетный выбор запроса для исполнения входит в процедуру пере­хода к прерывающей программе.

Вектором прерывания называется начальный адрес прерывающей программы. В общем случае, каждому запросу прерывания соответствует свой вектор прерывания, спо­собный инициировать выполнение соответствующей прерывающей программы. Векторы прерывания обычно находятся в специально выделенных фиксированных ячейках памяти -таблице векторов прерывания.

Процедура организации перехода к прерывающей программе включает в себя выде­ление из выставленных запросов такого, который имеет наибольший приоритет.

Различают абсолютный и относительный приоритеты. Запрос, имеющий абсолют­ный приоритет, прерывает выполняемую программу и инициирует выполнение соответст­вующей прерывающей, программы. Запрос с относительным приоритетом является пер­вым кандидатом на обслуживание после завершения выполнения текущей программы.

Если наиболее приоритетный из выставленных запросов прерывания не превосходит по уровню приоритета выполняемую процессором программу, то запрос прерывания иг­норируется или его обслуживание откладывается до завершения выполнения текущей программы.

Простейший способ установления приоритетных соотношений между запросами (уровнями) прерывания состоит в назначении им номеров, при этом прерывания с мень­шим номером обладают большим приоритетом. В этом случае приоритет является жестко фиксированным.

В ОС MS DOS и MS Windows таблица векторов прерываний занимает 1024 байта и располагается по адресу 0000h:0000h. Каждый 4-байтный элемент таблицы соответствует типу прерывания (от 0 до OFFH) и содержит сегмент и относительный адрес обработчика прерывания данного уровня. Прерывания от 0 до 1FH (самые нижние уровни) использу­ются как прерывания внутренней аппаратуры; MS-DOS использует прерывания от 20Н до 3FH, все остальные прерывания могут использоваться внешней аппаратурой, системными драйверами и прикладными программами.

Если контроллер прерываний или другое устройство посылает в ЦП прерывание че­рез вывод INTR, оно должно также поместить тип прерывания в виде 8-разрядного числа (от 0 до OFFH) на системную магистраль для передачи в ЦП. Процессор, умножив это число на 4, определяет адрес используемого вектора прерывания и перейдет на обслужи­вание прерывания.

Обслуживание состоит в том, что ЦП, обнаружив сигнал прерывания, помещает в машинный стек слово состояния программы (определяющее различные флаги ЦП), ре­гистр программного сегмента (CS) и указатель команд (IP) и блокирует систему прерыва­ний. Затем ЦП с помощью 8-разрядного числа, установленного на системной магистрали прерывающим устройством, извлекает из таблицы векторов адрес обработчика и возоб­новляет выполнение с этого адреса. По завершении выполнения подпрограммы обработ­чика прерывания, ЦП восстанавливает из стека содержимое регистров CS и IP, вследствие чего возобновляется выполнение прерванной программы.

Поиск по сайту: